JP7272777B2 - ヒータ - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、ヒータ、およびヒータを備えたステージに関する。
半導体デバイスはほぼ全ての電子機器に搭載されており、電子機器の機能に対して重要な役割を担っている。半導体デバイスはシリコンなどが有する半導体特性を利用したデバイスである。半導体デバイスは、半導体膜、絶縁膜、及び導電膜を基板上に積層し、これらの膜がパターニングされることによって構成される。これらの膜は、蒸着法、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、または基板の化学反応などを利用して積層され、フォトリソグラフィープロセスによってこれらの膜がパターニングされる。フォトリソグラフィープロセスは、パターニングに供される膜上へのレジスト膜の形成、レジスト膜の露光、現像によるレジストマスクの形成、エッチングによる膜の部分的除去、およびレジストマスクの除去を含む。
上述した膜の特性は、膜を形成する条件、またはパターニングの条件によって大きく左右される。前記条件の一つが基板の温度である。多くの場合、基板の温度は、基板を設置するための載置台（以下、ステージと記す）の温度を調節することによって制御される。基板を加熱し基板内における温度分布を均一に抑制するため、ステージを加熱するヒータの一つがシースヒータである。例えば特許文献１には、金属シース内に電熱線（ヒータ線）が配置されたシースヒータを複数備えたステージが開示されている。
特開２００９－９１６６０号公報
基板内における温度分布の均一性を向上させるためには、ヒータを高密度に備えたステージが必要となる。また、ステージ上に、ヒータを高密度に備えるためには、ヒータの細径化が課題である。さらに、ヒータの細径化に伴い、ヒータの破損、ヒータ内の発熱線の断線などが起こらないような、細径化されたヒータの信頼性の向上が課題である。
したがって、本発明の実施形態の課題の一つは、信頼性を向上し細径化されたシースヒータを提供することである。また、基板の温度を精密に制御するためのヒータを備えたステージを提供することである。
本発明の実施形態の一つは、ヒータであって、折りたたまれたヒータ線、ヒータ線に設けられた第１の絶縁体、第１の絶縁体の少なくとも一部に接するように設けられた金属シース、金属シースの第１の端部から取り出されたヒータ線の一方の少なくとも一部に平行に配置された第１の絶縁部材、第１の絶縁部材の少なくとも一部に平行に配置され、金属シースの第１の端部から取り出されたヒータ線の他方の少なくとも一部に平行に配置された第２の絶縁部材、第１の絶縁部材および第２の絶縁部材の少なくとも一部に平行に配置され、かつ、第１の絶縁部材および第２の絶縁部材を束ねるように設けられた第３の絶縁部材、および、金属シースおよび第３の絶縁部材の少なくとも一部に平行に配置される円筒部材、を有する。
別の態様において、円筒部材は所定の厚みを有し、かつ、円筒状の一つの部材から構成されてもよい。
別の態様において、円筒部材の内径は、金属シースの外径と略同一であってもよい。
別の態様において、第１の絶縁部材、第２の絶縁部材および第３の絶縁部材は、円筒部材に対して、金属シースが設けられている方向とは反対の方向に突出していてもよい。
別の態様において、金属シースの一部は円筒状であって、金属シースの円筒軸方向に沿って、第１の絶縁体と第３の絶縁部材との間に配置され、第１の貫通孔と第２の貫通孔とを有する絶縁管を有してもよい。
別の態様において、ヒータ線の一方の端部およびヒータ線の他方の端部は、第１の絶縁部材、第２の絶縁部材および第３の絶縁部材が突出している方向に対して、第１の絶縁部材、第２の絶縁部材および第３の絶縁部材よりもさらに突出していてもよい。
別の態様において、ヒータは、さらに一対のリード線を有し、一対のリード線はヒータ線の一方の端部とヒータ線の他方の端部とに接続されてもよい。
別の態様において、ヒータ線の一方は第１の貫通孔に挿通され、ヒータ線の他方は第２の貫通孔に挿通されてもよい。
別の態様において、第１の貫通孔と、第２の貫通孔と、ヒータ線の一方の少なくとも一部と、ヒータ線の他方の少なくとも一部とは平行に配置されてもよい。
別の態様において、第１の絶縁部材、第２の絶縁部材および第３の絶縁部材のそれぞれは、絶縁管と接していてもよい。
別の態様において、ヒータ線は帯状であってもよい。
別の態様において、ヒータ線はらせん構造を有してもよい。
別の態様において、ヒータ線は、二重らせん構造を有してもよい。
別の態様において、金属シースはアルミニウムを含んでもよい。
別の態様において、金属シースの外径は３．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であってもよい。
別の態様において、円筒部材はアルミニウムを含んでもよい。
別の態様において、円筒部材の外径は４．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であってもよい。
本発明の一実施形態に係るヒータの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータの作製方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータの作製方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータの作製方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明の一実施形態に係るステージの構成を示す斜視図及び上面図である。 本発明の一実施形態に係るステージの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るステージの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るステージの構成を示す上面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るステージを備える膜加工装置の断面模式図。 本発明の実施形態に係るステージを備える成膜装置の断面模式図。 本発明の実施形態に係るステージを備える成膜装置の断面模式図。 本発明の実施形態に係るステージを備える成膜装置の断面模式図。
以下、本出願で開示される発明の各実施形態について、図面を参照し説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。また、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、上方又は下方はそれぞれヒータユニットの使用時（基板載置時）における向きを示す。
本明細書および図面において、同一、または類似する複数の構成を総じて表記する際には同一の符号を用い、これら複数の構成のそれぞれを区別して表記する際には、さらに小文字のアルファベットを添えて表記する。一つの構成のうちの複数の部分をそれぞれ区別して表記する際には、同一の符号を用い、さらにハイフンと自然数を用いる。
１．第１実施形態
本実施形態では、本発明の一実施形態に係るシースヒータ１１０に関して説明する。
１－１．シースヒータの構成
シースヒータ１１０の断面図を図１に示す。図１（Ａ）はシースヒータ１１０の構成を示す断面図である。図１（Ｂ）は鎖線Ｂ１とＢ２に沿った構成を示す断面図である。図１（Ｃ）は鎖線Ｃ１とＣ２に沿った構成を示す断面図である。図１（Ｄ）は鎖線Ｄ１とＤ２に沿った構成を示す断面図である。
シースヒータ１１０は、通電することで発熱する機能を有する。シースヒータ１１０は、ステージ１００（図５（Ａ）参照）が有する第２の支持プレート１０４（図５（Ａ）参照）、および第１の支持プレート１０２（図５（Ａ）参照）を加熱するために設けられる。これにより、ステージ１００上に設置される基板を加熱することができる。
図１（Ａ）に示すように、シースヒータ１１０は、金属シース１１５、ヒータ線１１８、第１の絶縁体１１６、第２の絶縁体１３６、第１の絶縁部材１２２、接続部材１２６、円筒部材１２４、第２の絶縁部材１２８、第３の絶縁部材１３８、第３の絶縁体１３２、第４の絶縁体１３４、一対のリード線１１２、および一対の端子１１４を含む。図１（Ａ）においては、所謂、片端子型のシースヒータ１１０を例示している。本明細書等においては、本発明の一実施形態に係るシースヒータ１１０の構成を、片端子型のシースヒータ１１０を例に説明するが、本発明の一実施形態に係るシースヒータ１１０と同様の構成を、両端子型のシースヒータに適用してもよい。なお、図１（Ａ）の平面視において、右側を上部、左側を下部と呼ぶ。
金属シース１１５は、第１の端部（閉鎖端）が閉じられ、第２の端部（開放端）が解放された円筒形を有する。本明細書等において、金属シース１１５の先端の形状は、半円形状である例を示すが、この例に限定されない。例えば、金属シース１１５の先端の形状は、平面形状であってもよいし、円錐形状であってもよい。シースヒータ１１０の発熱によって、後述する第２の支持プレート１０４（図５（Ａ）参照）、および第１の支持プレート１０２（図５（Ａ）参照）を加熱することが可能な形状であればよい。
ヒータ線１１８は金属シース１１５内で折りたたまれ、金属シース１１５の円筒軸方向に往復するように配置され、その両端が金属シース１１５の第２の端部（開放端）から取り出される。すなわち、１つのヒータ線１１８が金属シース１１５の円筒軸方向の大部分において２軸（２芯）となるよう配置され、２軸のうちの一方と一方の端子と２軸のうちの他方と他方の端子とが金属シース１１５の第２の端部（開放端）から取り出される。また、１つのヒータ線１１８の２軸のうちの一方と２軸のうちの他方とが金属シース１１５の円筒軸方向に対して略平行または平行となるよう配置される。１つのヒータ線１１８の２軸のうちの一方の少なくとも一部と２軸のうちの他方の少なくとも一部とが金属シース１１５の円筒軸方向に対して略平行または平行となるよう配置されてもよい。さらに、ヒータ線１１８は金属シース１１５内に間隙をもって配置される。なお、ヒータ線１１８は、発熱線および非発熱線を含む。
ヒータ線１１８と金属シース１１５とは間隙に設けられる第１の絶縁体１１６によって絶縁される。すなわち、ヒータ線１１８は第１の絶縁体１１６に囲まれ、第１の絶縁体１１６は金属シース１１５に囲まれる。また、第１の絶縁体１１６は、金属シース１１５の第２の端部（開放端）と第１の端部（閉鎖端）の間であって、第２の端部（開放端）近傍までの金属シース１１５内を満たすように設けられる。第１の絶縁体１１６は、金属シース１１５の少なくとも一部に接するように設けられてもよいし、ヒータ線１１８の少なくとも一部に接するように設けられてもよいし、金属シース１１５に接することなくヒータ線１１８と金属シース１１５とを絶縁するように設けられてもよいし、ヒータ線１１８に接することなくヒータ線１１８と金属シース１１５とを絶縁するように設けられてもよい。すなわち、第１の絶縁体１１６は、ヒータ線１１８と金属シース１１５とを絶縁するように設けられれば良い。
第１の絶縁体１１６の上部には、第２の絶縁体１３６が設けられる。第２の絶縁体１３６は、第１の絶縁体１１６の上部および金属シース１１５の内側の少なくとも一部に接するように設けられる。第２の絶縁体１３６によって、第１の絶縁体１１６を金属シース１１５内に封止し、かつ、ヒータ線１１８を金属シース１１５内に固定することができる。第２の絶縁体１３６は封止剤、接着剤などと呼ばれることもある。
第２の絶縁体１３６の上部には、第１の絶縁部材１２２が設けられる。第１の絶縁部材１２２は、第２の絶縁体１３６の上部および金属シース１１５の内側の少なくとも一部に接するように設けられる。第１の絶縁部材１２２は、少なくとも第１の貫通孔と第２の貫通孔とを有する。金属シース１１５の第２の端部（開放端）から取り出されたヒータ線１１８の両端の一方が第１の貫通孔に挿通され、もう一方が第２の貫通孔に挿通される。よって、ヒータ線１１８の両端は、第１の絶縁部材１２２に対して、第２の絶縁体１３６が配置されている側から挿通され、第２の絶縁体１３６が配置されていない側から取り出される。ここで、第１の貫通孔の少なくとも一部と第２の貫通孔の少なくとも一部とは、金属シース１１５の円筒軸に対して略平行または平行に設けられてもよい。また、第１の貫通孔と第２の貫通孔とに挿通されるヒータ線１１８の少なくとも一部も金属シース１１５の円筒軸に対して略平行または平行に設けられてもよい。さらに、第１の貫通孔の少なくとも一部と第２の貫通孔の少なくとも一部とは、第１の貫通孔と第２の貫通孔とに挿通されるヒータ線１１８の少なくとも一部に対して略平行または平行に設けられてもよい。第１の絶縁部材１２２は、保護管、絶縁管などと呼ばれることもある。
円筒部材１２４は、その一部が金属シース１１５に接するように設けられる。円筒部材１２４は接続部材１２６によって金属シース１１５に接続される。円筒部材１２４は、階段状の段差、または、階段状の構造を含まず、所定の厚みを有するような一つの部材から構成されていてもよい。円筒部材１２４が階段状の段差、または、階段状の構造を含まず、所定の厚みを有するような一つの部材から構成されることによって、円筒部材１２４の内径と金属シース１１５の外径とをほぼ同じにし、かつ、円筒部材１２４の外径を金属シース１１５の外径ともほぼ同じにすることができる。したがって、本発明の一実施形態に係るシースヒータ１１０の径を細くすることができる。円筒部材１２４は、アダプタと呼ばれることもある。
第１の絶縁部材１２２の上部には、二つの第２の絶縁部材１２８が第１の絶縁部材１２２に接するように設けられる。第２の絶縁部材１２８は貫通孔を有する。第１の絶縁部材１２２の第１の貫通孔から取り出されたヒータ線１１８の両端の一方が一つ目の第２の絶縁部材１２８に挿通され、もう一方が二つ目の第２の貫通孔に挿通される。よって、ヒータ線１１８の両端は、二つの第２の絶縁部材１２８に対して、第１の絶縁部材１２２が配置されている側から挿通され、第１の絶縁部材１２２が配置されていない側から取り出される。ここで、二つの第２の絶縁部材１２８は、金属シース１１５の円筒軸に対して略平行または平行に設けられてもよく、二つの第２の絶縁部材１２８の一部が金属シース１１５の円筒軸に対して略平行または平行に設けられてもよい。また、二つの第２の絶縁部材１２８に挿通されるヒータ線１１８も金属シース１１５の円筒軸に対して略平行に設けられてもよく、ヒータ線１１８の一部が、金属シース１１５の円筒軸に対して略平行または平行に設けられてもよい。また、第２の絶縁部材１２８の外径は、第１の絶縁部材１２２の外径よりも小さく、第１の絶縁部材１２２が有する第１の貫通孔の径および第２の貫通孔の径と同等であることが好ましい。さらに、第２の絶縁部材１２８の長さは、後述する第３の絶縁部材１３８の長さよりも長い。また、第２の絶縁部材１２８の長さは、円筒部材１２４の接続部材１２６が設けられていない端部よりも突出する長さである。
第１の絶縁部材１２２の上部には、第３の絶縁部材１３８が第１の絶縁部材１２２に接するように設けられる。第３の絶縁部材１３８は貫通孔を有する。二つの第２の絶縁部材１２８が第３の絶縁部材１３８に挿通される。よって、第３の絶縁部材１３８は、二つの第２の絶縁部材１２８に対して、第１の絶縁部材１２２が配置されている側から挿通され、第１の絶縁部材１２２が配置されていない側から取り出される。すなわち、第３の絶縁部材１３８は、二つの第２の絶縁部材１２８の少なくとも一部を囲うように設けられる。換言すると、第３の絶縁部材１３８は、二つの第２の絶縁部材１２８の少なくとも一部を束ねるように設けられる。よって、ヒータ線１１８は第２の絶縁部材および第３の絶縁部材１３８によって二重に囲まれる。ここで、第３の絶縁部材１３８は、金属シース１１５の円筒軸に対して略平行または平行に設けられてもよく、第３の絶縁部材１３８の少なくとも一部が、金属シース１１５の円筒軸に対して、略平行または平行に設けられてもよい。また、第３の絶縁部材１３８の外径は、第１の絶縁部材１２２の外径よりも小さいことが好ましい。また、第３の絶縁部材１３８の長さは、円筒部材１２４の接続部材１２６が設けられていない端部よりも突出する長さである。本明細書および図面においては、第２の絶縁部材１２８と第３の絶縁部材１３８とが接しない例を示すが、この例に限定されない。第２の絶縁部材１２８の外側（外壁）の少なくとも一部と第３の絶縁部材１３８の内側（内壁）の少なくとも一部とが接していてもよい。なお、本明細書等において、第３の絶縁部材１３８は絶縁性を有する部材である例を示したが、第３の絶縁部材１３８は導電性を有していてもよい。第３の絶縁部材１３８は二つの第２の絶縁部材１２８の少なくとも一部を束ねることができればよい。
円筒部材１２４の内部には、第３の絶縁体１３２が設けられる。第３の絶縁体１３２は、金属シース１１５の一部、第１の絶縁部材１２２の一部、円筒部材１２４の内壁の一部、および第３の絶縁部材１３８に接するように設けられる。第３の絶縁体１３２によって、第３の絶縁部材１３８は第１の絶縁部材１２２に接するように固定される。また、第３の絶縁体１３２は、円筒部材１２４の接続部材１２６が設けられていない端部近傍までの円筒部材１２４内を満たすように設けられる。第３の絶縁体１３２は封止剤、接着剤などと呼ばれることもある。
第３の絶縁体１３２の上部には、第４の絶縁体１３４が設けられる。第４の絶縁体１３４は、金属シース１１５の一部、第３の絶縁体１３２の一部、円筒部材１２４の内壁の一部、および第３の絶縁部材１３８に接するように設けられる。第４の絶縁体１３４は封止剤、接着剤などと呼ばれることもある。第４の絶縁体１３４は、水分、溶媒などの湿気がシースヒータ１１０の内部に侵入することを防止する。なお、シースヒータ１１０が防湿を要しない環境下で利用される場合、第４の絶縁体１３４を設けなくてもよい。第４の絶縁体１３４を設けないことによって、シースヒータ１１０の製造工程を簡略化できる。
第２の絶縁部材、および第３の絶縁部材は、第４の絶縁体１３４よりも突出して設けられる。また、ヒータ線１１８の両端は、第２の絶縁部材、および第３の絶縁部材よりもさらに突出して設けられる。
ヒータ線１１８の両端には、一対のリード線１１２が接続される。リード線１１２には、一対の端子１１４が接続される。なお、リード線１１２を介さずに、ヒータ線１１８の両端に一対の端子１１４が接続されてもよい。
図１（Ｂ）、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示されるように、ヒータ線１１８の外径をｄ１、金属シース１１５の内径および外径をそれぞれｄ２およびｄ３、金属シース１１５の厚みをｄ４、円筒部材１２４の外径をｄ５、第１の貫通孔１２３ａおよび第２の貫通孔１２３ｂの径をｄ６、第２の絶縁部材１２８ａおよび第２の絶縁部材１２８ｂの外径をｄ７、第３の絶縁部材１３８の外径をｄ８、ヒータ線１１８の間の距離をｇ１、ヒータ線１１８の外壁と金属シース１１５の内壁との距離をｇ２とする。また、第１の絶縁部材１２２の外径もｄ２であり、円筒部材１２４の内径もｄ３である。なお、図１（Ｂ）、図１（ｃ）および図１（ｄ）は、円筒軸と直交する断面を示す断面図である。ヒータ線１１８の外径ｄ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲から選択できる。金属シース１１５の内径ｄ２は３．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲から、金属シース１１５の外径ｄ３は３．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲から、それぞれ選択することができる。金属シース１１５の厚みｄ４は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲から選択できる。金属シース１１５と、金属シース１１５内に配置されるそれぞれのヒータ線１１８との距離ｇ１は０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、または０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲から選択することができる。ヒータ線１１８の一方の端部から折り返し部分と、他方の端部から折り返し部分との距離ｇ２は０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、または０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲から選択される。円筒部材１２４の外径ｄ５は、４．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下の範囲から選択することができる。第２の絶縁部材１２８ａおよび第２の絶縁部材１２８ｂの外径ｄ７は、１．０ｍｍ以上４．５ｍｍ以下の範囲から選択することができる。第３の絶縁部材１３８の外径ｄ８は、２．０ｍｍ以上９．０ｍｍ以下の範囲から選択することができる。
ヒータ線１１８には、通電することでジュール熱を発生する導電体を用いることができる。具体的には、タングステン、タンタル、モリブデン、白金、ニッケル、クロム、およびコバルトから選択される金属、またはこれらの金属を含む合金などを使用することができる。合金としては、ニッケルとクロムの合金、ニッケル、クロム、およびコバルトを含む合金などが挙げられる。
第１の絶縁体１１６はヒータ線１１８が金属シース１１５と接触してショートすることを防ぐために設けられる。第１の絶縁体１１６に使用される材料は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上２００Ｗ／ｍＫの絶縁材料から選択することができる。このような材料を使用することで、ヒータ線１１８が発生する熱エネルギーを効率よく金属シース１１５へ伝えることができる。第１の絶縁体１１６としては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどが例示される。
金属シース１１５は金属を含み、金属は２００Ｗ／ｍＫ以上４３０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する金属から選択することができる。このような金属を選択することで、ヒータ線１１８が発生する熱エネルギーを効率よく第１の支持プレート１０２や第２の支持プレート１０４へ伝えることができる。金属は、５×１０-6／Ｋ以上２５×１０-6／Ｋ以下の熱膨張率を有することが好ましい。これにより、熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性の高いシースヒータ１１０を提供することができる。具体的には、アルミニウム、チタン、ステンレスなどの金属や合金を金属シース１１５に用いることができる。
第２の絶縁体１３６は、例えば、セラミック系の封止剤を使用することができる。セラミック系の封止剤は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素などを含む材料を用いることができる。
第１の絶縁部材１２２は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素などを含む材料から形成される。
接続部材１２６は、ろう付けによって形成される。接続部材１２６として用いられる材料は、例えば、銀、銅、および亜鉛を含む合金、銅と亜鉛を含む合金、リンを微量含む銅、アルミニウムやその合金、チタン、銅、およびニッケルを含む合金、チタン、ジルコニウム、および銅を含む合金、チタン、ジルコニウム、銅、およびニッケルを含む合金などが挙げられる。
円筒部材１２４は、金属シース１１５と同様の材料、同様の特性を有する部材を用いることができる。
第２の絶縁部材１２８および第３の絶縁部材１３８は、例えば、塩化ビニル、シリコンゴム、フッ素系ポリマー、ポリイミド、ガラス繊維またはセラミック繊維の織物などから形成される絶縁チューブを用いることができる。
第３の絶縁体１３２は、例えば、セラミック系の接着剤、エポキシ系の接着剤またはガラス系の接着剤等を使用することができる。セラミック系の接着剤は、第２の絶縁体１３６と同様の材料を用いることができる。
第４の絶縁体１３４は、例えば、フッ素系の接着剤を使用することができる。
シースヒータ１１０の円筒軸に垂直な断面の形状に制約はなく、様々な構造を有するシースヒータ１１０を使用することができる。例えば、図１（Ｂ）に示すように円形状、後述する図１０（Ｂ）及び図１１（Ｂ）に示すように多角形状でも良く、図示しないが楕円形状でも良い。断面形状が円形状の場合、変形に必要な力は曲げる方向に依存しないため、容易に任意の方向にシースヒータ１１０を曲げることができる。このため、後縦する第１の支持プレート１０２または第２の支持プレート１０４などに形成される溝にシースヒータ１１０を容易に配置することが可能となる。
従来のシースヒータは、例えば、金属シースの開放端から取り出された一対のヒータ線において、一方のヒータ線と他方のヒータ線との距離を離すようにしたうえで、その距離を保つように絶縁チューブなどの絶縁部材を装着し、さらに、一方のヒータ線と他方のヒータ線のそれぞれにリード線を接続し、一対のリード線を絶縁チューブなどの絶縁部材で束ねる構造を有していた。このような構造の少なくとも一部は締結部と呼ばれる。そして、従来のシースヒータは、以上のような構造を、例えば、二段の階段状の筒状部材に挿通し、二段の階段状の筒状部材と金属シースとをろう付けによって接続した構造を有していた。よって、従来のシースヒータは、少なくとも締結部と階段状の筒状部材とによって、太い径を有するヒータとなっていた。
一方、本発明の一実施形態に係るシースヒータは、従来のシースヒータが有していた締結部、および階段状の筒状部材を含まない。本発明の一実施形態に係るシースヒータ１１０は、上述したように、金属シース１１５の開放端から取り出された一対のヒータ線１１８は、金属シース１１５の外径よりも細い第２の絶縁部材１２８および金属シース１１５の外径よりも細い第３の絶縁部材１３８によって囲まれ、さらに金属シース１１５の外径と同等の円筒部材１２４によって囲まれる構造を有する。よって、シースヒータ１１０を細く形成することができる。また、金属シース１１５とヒータ線１１８との絶縁を確保するとともに、ヒータ線１１８のショートを防ぐことができる。また、シースヒータ１１０を、後述するステージ１００上に、高密度にレイアウトすることができる。したがって、基板上の温度分布を均一にし、基板上の温度分布をさらに低減することができる。
１－２．シースヒータの作製
図２及び図３はシースヒータ１１０の作製方法を示す断面図である。図４はシースヒータ１１０の作製方法を説明するためのフローチャートを示す図である。ここでは、図１（Ａ）、図２乃至図４を参照し、シースヒータの作製について説明する。なお、図１（Ａ）、図２および図３の平面視において、右側を上部、左側を下部と呼ぶ。
図２（Ａ）および図４のステップ３１（Ｓ３１）に示すように、シースヒータ１１０の作製が開始されると、第２の絶縁体１３６を、第１の絶縁体１１６とヒータ線１１８を囲う金属シース１１５に、注入する。本実施形態においては、第２の絶縁体１３６はセラミック系の封止剤を用いた。ここで、ヒータ線１１８は金属シース１１５内で折りたたまれ、その両端が金属シース１１５の一端から取り出される。金属シース１１５の一端から取り出された一対のヒータ線１１８の長さは、金属シース１１５の長さよりも十分に長い。
次に、図２（Ｂ）および図４のステップ３３（Ｓ３３）に示すように、金属シース１１５の一端から取り出されたヒータ線１１８の両端を、第１の絶縁部材１２２に挿通する。具体的には、ヒータ線１１８の両端のうちの一方を、第１の絶縁部材１２２に含まれる第１の貫通孔１２３ａに挿通し、ヒータ線１１８の両端のうちのもう一方を、第１の絶縁部材１２２に含まれる第２の貫通孔１２３ｂに挿通する。本実施形態においては、第１の絶縁部材１２２は二つの貫通孔を有するセラミック系の絶縁管を用いた。このとき、金属シース１１５から突出している第１の絶縁部材１２２の長さｄ９を測定してもよい。長さｄ９を測定することによって、ヒータ線１１８が第１の絶縁部材１２２に挿通され、第１の絶縁部材１２２が金属シース１１５に適切に設けられているか否かを確認してもよい。
次に、図２（Ｃ）および図４のステップ３５（Ｓ３５）に示すように、金属シース１１５を円筒部材１２４に挿通し、金属シース１１５と円筒部材１２４とを接続部材１２６によって接続する。本実施形態においては、接続部材１２６は銀を材料とする銀ろうを用い、銀ろう付けによって金属シース１１５と円筒部材１２４とを接続した。また、本実施形態においては、円筒部材１２４はアルミニウムを含む材料で形成され、円筒部材１２４の外径ｄ５はおよそ６．５ｍｍ、円筒部材１２４の内径ｄ３はおよそ４．５ｍｍ、円筒部材１２４の厚みはおよそ１．０ｍｍの部材を用いた。
次に、図３（Ａ）および図４のステップ３７（Ｓ３７）に示すように、ヒータ線１１８の両端を、二つの第２の絶縁部材１２８を挿通された第３の絶縁部材１３８に挿通する。具体的には、ヒータ線１１８の両端のうちの一方を、第３の絶縁部材１３８に挿通された第２の絶縁部材１２８ａに挿通し、ヒータ線１１８の両端のうちのもう一方を、第３の絶縁部材１３８に挿通された第２の絶縁部材１２８ｂに挿通する。本実施形態においては、第２の絶縁部材１２８および第３の絶縁部材１３８はポリイミドから形成される絶縁チューブを用いた。また、第２の絶縁部材１２８は外径ｄ７がおよそ２ｍｍの絶縁チューブ、第３の絶縁部材１３８は外径ｄ８がおよそ４ｍｍの絶縁チューブを用いた。
次に、図３（Ｂ）および図４のステップ３９（Ｓ３９）に示すように、第３の絶縁体１３２を円筒部材１２４に注入する。本実施形態においては、第３の絶縁体１３２はセラミック系の接着剤を用いた。
次に、図３（Ｃ）および図４のステップ４１（Ｓ４１）に示すように、第４の絶縁体１３４を円筒部材１２４に注入する。本実施形態においては、第４の絶縁体１３４はフッ素系の接着剤を用いた。第４の絶縁体１３４は、第３の絶縁体１３２を覆い、第２の絶縁部材１２８を囲うように設けられる。
さらに、図１（Ａ）および図４のステップ４３（Ｓ４３）に示すように、一対のリード線１１２をヒータ線１１８の両端に接続する。最後に、図１（Ａ）および図４のステップ４５（Ｓ４５）に示すように、一対の端子１１４を一対のリード線１１２に接続する。
以上のように、シースヒータ１１０が作製される。なお、図１（Ａ）、図２乃至図４を用いて説明したシースヒータ１１０の作製方法は、一例であって、この例に限定されない。シースヒータ１１０の作製方法は、本発明の一実施形態にかかるシースヒータ１１０の構成を逸脱しない範囲において、適宜選定した方法を用いればよい。
以上のようにシースヒータ１１０を作製することによって、シースヒータ１１０を細く形成することができる。
２．第２実施形態
本実施形態では、本発明の一実施形態に係るステージ１００に関して説明する。第１実施形態と同一、または類似する構成については説明を省略することがある。
図５（Ａ）と図５（Ｂ）にステージ１００の斜視図と上面図とをそれぞれ示す。図５（Ｂ）の鎖線Ａ１とＡ２とに沿った断面図を図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示す。図５（Ａ）乃至図６（Ｂ）に示すように、ステージ１００は、第１の支持プレート１０２、第２の支持プレート１０４、シャフト１０８、および少なくとも一つのシースヒータ１１０を有する。図５（Ａ）乃至図６（Ｂ）では、第１のシースヒータ１１０ａおよび第２のシースヒータ１１０ｂの二つのシースヒータが設けられた例が示されている。図面の見やすさを考慮し、図５（Ａ）では第１の支持プレート１０２の図示は省略され、図６（Ｂ）ではシースヒータ１１０の図示は省略されている。
第１の支持プレート１０２は、シリコンや化合物半導体を含む半導体基板、または石英やガラスなどの絶縁物を含む絶縁基板などをその上に配置するため、上面が平坦になるように構成される。第１の支持プレートは金属を含み、金属は２００Ｗ／ｍＫ以上４３０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する金属から選択される。高い熱伝導率を有する金属を用いることで、シースヒータ１１０が発生する熱エネルギーを効率よく受け取ることができる。また、金属は、５×１０-6／Ｋ以上２５×１０-6／Ｋ以下の熱膨張率を有することが好ましい。このような特性を満たす具体的な金属として、チタンやアルミニウム、ステンレスなどの金属が挙げられる。図示しないが、第１の支持プレート１０２上には、基板を固定するための静電チャックや、基板とステージ１００の間にヘリウムなどの熱伝導率の高いガスを供給するための貫通孔、または液体の媒体を環流するための環流路を設けてもよい。
第２の支持プレート１０４は第１の支持プレート１０２の下に設けられる。第２の支持プレート１０４も第１の支持プレート１０２で使用可能な金属を含む。第２の支持プレート１０４に含まれる金属と第１の支持プレート１０２に含まれる金属は同一でも良く、異なっていてもよい。異なる場合には、第１の支持プレート１０２と第２の支持プレート１０４に含まれる金属の熱膨張率の差が１０×１０-6／Ｋ以下となるように、それぞれの金属を選択することができる。これにより、熱膨張による変形を抑制することができ、信頼性の高いステージ１００を提供することができる。
また、第２の支持プレート１０４は、その上面１０４－３が第１の支持プレート１０２と接合される。第１の支持プレート１０２と第２の支持プレート１０４の接合は、溶接やねじ止め、または、ろう付けによって行うことができる。ろう付けにおいて用いられるろうとしては、銀、銅、および亜鉛を含む合金、銅と亜鉛を含む合金、リンを微量含む銅、アルミニウムやその合金、チタン、銅、およびニッケルを含む合金、チタン、ジルコニウム、および銅を含む合金、チタン、ジルコニウム、銅、およびニッケルを含む合金などが挙げられる。
なお、ステージ１００はさらに、第３の支持プレート（図示は省略）を有してもよい。任意の構成である第３の支持プレートは、第２の支持プレート１０４の下に配置される。第３の支持プレートは第１の支持プレート１０２、または第２の支持プレート１０４と同様の構成を含む。第３の支持プレートは第２の支持プレート１０４の下面１０４－４と接合される。第１の支持プレート１０２と第２の支持プレート１０４の接合と同様、第３の支持プレートと第２の支持プレート１０４の接合も、溶接やねじ止め、または、ろう付けなどによって行うことができる。
シャフト１０８は第１の支持プレート１０２、および第２の支持プレート１０４を支持するために設けられる。後述するシースヒータ１１０のヒータ線１１８へ電力を供給するためのリード線１１２を格納するため、中空構造となっている。静電チャックを設ける場合には、静電チャックへ電力を供給するための配線もシャフト１０８内に配置される。図面の見やすさを考慮し、図示を省略するが、シャフト１０８は回転機構と接続されていてもよい。シャフト１０８が回転機構と接続されることによって、ステージ１００をシャフト１０８の長軸を中心として回転させることができる。シャフト１０８は、溶接やねじ止め、または、ろう付けなどによって第２の支持プレート１０４と接合される。なお、第３の支持プレートを用いる場合、シャフト１０８は第３の支持プレートと接合され、第３の支持プレートも支持する。
シースヒータ１１０は、第１実施形態で説明した構成を適用することができる。シースヒータ１１０は、通電することで発熱する機能を有する。シースヒータ１１０は、第２の支持プレート１０４、および第１の支持プレート１０２を加熱するために設けられる。これにより、ステージ１００上に設置される基板が加熱される。
第２の支持プレート１０４の上面１０４－３には溝（第１の溝１２０）が設けられ（図６（Ｂ））、第１のシースヒータ１１０ａ及び第２のシースヒータ１１０ｂは第１の溝１２０内に配置される（図６（Ａ））。図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示した例では、第１の支持プレート１０２は平坦な下面を有しており、下面には溝は設けらない。したがって、第１の溝１２０の深さは、シースヒータ１１０の外径と同一、またはほぼ同一である。具体的には、第１の溝１２０の深さは、シースヒータ１１０の外径の１００％よりも大きく１５０％以下、１００％よりも大きく１２０％以下、または１００％よりも大きく１１０％以下とすればよい。第１の支持プレート１０２の面内温度分布を小さくするため、第１の溝１２０は、上面１０４－３内に均一な密度で存在するように形成される。
第１のシースヒータ１１０ａの第１の端部Ｔ１は、第１の支持プレート１０２および第２の支持プレート１０４がシャフト１０８と重なる領域（図５（Ｂ）において鎖線の円で示された領域）１０９内に位置する。第１の端部Ｔ１で折り曲げられた第１のシースヒータ１１０ａは、第２の支持プレート１０４に形成される貫通孔１３０（図６（Ｂ））を通過し、シャフト１０８内部へ延伸し、さらにリード線１１２、端子１１４を介して図示しないヒータ電源と接続される。
第１のシースヒータ１１０ａの第１の端部Ｔ１と同様に、第２のシースヒータ１１０ｂの第１の端部Ｔ２も、第１の支持プレート１０２および第２の支持プレート１０４がシャフト１０８と重なる領域（図５（Ｂ）において鎖線の円で示された領域）１０９内に位置する。第１の端部Ｔ２で折り曲げられた第２のシースヒータ１１０ｂは、第３の支持プレート１０６に形成される貫通孔１３０（図６（Ｂ））を通過し、シャフト１０８内部へ延伸し、さらにリード線１１２、端子１１４を介して図示しないヒータ電源と接続される（図６（Ａ））。
上述した構成を適用することにより、シースヒータのレイアウトの自由度を大幅に向上させるのみならず、より均一な基板加熱を行うことが可能となる。
第１実施形態において説明したように、従来のシースヒータの径は、本発明の一実施形態に係るステージ１００に備えられたシースヒータ１１０の径と比較して太い。ステージが有するシャフト１０８の大きさには制約があるため、ステージに多数の従来のシースヒータを用いる場合には、多数の従来のシースヒータの端部を領域１０９内に配置することが困難となる。その結果、配置可能なシースヒータの数が制限される。よって、ステージの上面を複数のセグメントに分割し、セグメントごとに精密に温度制御を行うことができない。したがって、基板を均一に加熱することが困難となる。
これに対して、本発明の一実施形態に係るステージ１００に備えられたシースヒータ１１０の径は細い。よって、ステージ１００に複数のシースヒータ１１０を配置しても、前記多数のシースヒータの端部を領域１０９に配置することができる。また、多数のシースヒータ１１０の配置の自由度が高く、ステージの上面を複数のセグメントに分割し、セグメントごとに精密に温度制御を行うことができる。したがって、基板を均一に加熱することが可能となる。
３．第３実施形態
本実施形態では、第２実施形態で述べたステージ１００の変形例を図７（Ａ）および図７（Ｂ）を用いて説明する。これらの図は、図６（Ａ）と同様に、図５（Ｂ）の鎖線Ａ１とＡ２とに沿った断面図である。第１実施形態または第２実施形態と同一、または類似する構成については説明を省略することがある。
３－１．変形例１
図７（Ａ）に示すように、変形例１では、第２の支持プレート１０４の上面１０４－３に溝（第１の溝１２０）は形成されず、第１の支持プレート１０２の下面に溝（第２の溝１４０）が形成される。変形例１では、シースヒータ１１０は第２の溝１４０内に収納される。第２の溝１４０の深さは、シースヒータ１１０の外径と同一、またはほぼ同一である。具体的には、第２の溝１４０の深さは、シースヒータ１１０の外径の１００％よりも大きく１５０％以下、１００％よりも大きく１２０％以下、または１００％よりも大きく１１０％以下とすればよい。
変形例１においては、第２の溝１４０の深さをシースヒータ１１０の外径と同一またはほぼ同一にすることによって、シースヒータ１１０と第１の支持プレート１０２の接触面積を増加させることができる。よって、シースヒータ１１０が発生する熱エネルギーを第１の支持プレート１０２へ効率よく伝えることが可能となる。
変形例１においては、第２の溝１４０の深さをシースヒータ１１０の外径と同一またはほぼ同一にする構成を例示したが、第２の溝１４０の深さはこの構成に限定されない。例えば、シースヒータ１１０の外径と第２の溝１４０の深さは異なっていてもよい。シースヒータ１１０の外径と第２の溝１４０との間にスペースが存在している場合、シースヒータ１１０の熱膨張による変形を抑制することができる。よって、信頼性の高いステージを提供することができる。
３－２．変形例２
または図７（Ｂ）に示すように、第２の支持プレート１０４の上面１０４－３に第１の溝１２０を形成するとともに、第１の支持プレート１０２の下面に第２の溝１４０を形成してもよい。変形例２では、第１の溝１２０の深さと第２の溝１４０の深さの和は、シースヒータ１１０の外径と同一、またはほぼ同一である。具体的には、第１の溝１２０の深さと第２の溝１４０の深さの和は、シースヒータ１１０の外径の１００％よりも大きく１５０％以下、１００％よりも大きく１２０％以下、または１００％よりも大きく１１０％以下とすればよい。
変形例２においては、第１の溝１２０の深さと第２の溝１４０の深さの和をシースヒータ１１０の外径と同一またはほぼ同一にすることによって、シースヒータ１１０と第１の支持プレート１０２および第２の支持プレート１０４との接触面積を増加させることができる。よって、シースヒータ１１０が発生する熱エネルギーを第１の支持プレート１０２および第２の支持プレート１０４へ効率よく伝えることが可能となる。
変形例２においては、第１の溝１２０の深さと第２の溝１４０の深さの和をシースヒータ１１０の外径と同一またはほぼ同一にする構成を例示したが、第１の溝１２０の深さと第２の溝１４０の深さの和はこの構成に限定されない。例えば、シースヒータ１１０の外径と、第１の溝１２０の深さと第２の溝１４０の深さとの和は異なっていてもよい。シースヒータ１１０の外径と第１の溝１２０および第２の溝１４０との間にスペースが存在している場合、シースヒータ１１０の熱膨張による変形を抑制することができる。よって、信頼性の高いステージを提供することができる。
４．第４実施形態
本実施形態では、独立に駆動される複数のシースヒータ１１０が配置されたステージ１５０について説明する。以下に示す態様は本実施形態の一例であり、ステージ１００に設けられるシースヒータ１１０の数に制約はない。第１実施形態乃至第３実施形態と同一、または類似する構成については説明を省略することがある。
図８に、ステージ１５０の上面図を示す。図面の見やすさを考慮し、図８では、第１の支持プレート１０２の図示は省略されている。図８に示すように、ステージ１５０には四つのシースヒータ（第１のシースヒータ１１０ａ、第２のシースヒータ１１０ｂ、第３のシースヒータ１１０ｃ、および第４のシースヒータ１１０ｄ）のそれぞれが、一つの四分円内に配置される。すなわち、ステージ１５０には四つのシースヒータ（第１のシースヒータ１１０ａ、第２のシースヒータ１１０ｂ、第３のシースヒータ１１０ｃ、および第４のシースヒータ１１０ｄ）が、対称性良く配置される。図８で示した例では、半径の異なる円弧を備える第１のシースヒータ１１０ａから第４のシースヒータ１１０ｄが配置されている。
第１のシースヒータ１１０ａ乃至第４のシースヒータ１１０ｄは同一の形状を有し、かつ、第１のシースヒータ１１０ａ乃至第４のシースヒータ１１０ｄの一つを第２の支持プレート１０４の中心を通る軸で９０°回転させると他の一つと重なるように配置することができる。
上述したようなレイアウトを採用しても、本発明の一実施形態に係るステージ１５０に備えられた複数のシースヒータ１１０の径は細いため、複数のシースヒータ１１０の端部を領域１０９内に配置することができる。また、上述したようなレイアウトを採用することによって、高い対称性を有する複数のシースヒータ１１０を第２の支持プレート１０４上に高い密度で配置することができる。よって、より均一に、かつ、精密に基板の温度を制御することが可能である。
５．第５実施形態
本実施形態では、第１実施形態とは異なるシースヒータ１１０の構造を説明する。第１実施形態と同一、または類似する構成については説明を省略することがある。
本実施形態に係るステージ１００に使用可能なシースヒータ１１０に制約はなく、様々な構造を有するシースヒータ１１０を使用することができる。その一例として、帯状のヒータ線１１８を備えた片端子型のシースヒータ１１０の断面図を図９（Ａ）に示す。図９（Ｂ）は長軸に垂直な鎖線Ｅ１とＥ２に沿った断面を示す図である。また、らせん構造を有する帯状のヒータ線１１８を備えた片端子型のシースヒータ１１０の断面図を図１０（Ａ）に示す。図１０（Ｂ）は長軸に垂直な鎖線Ｆ１とＦ２に沿った断面を示す図である。また、二重らせん構造を有する帯状のヒータ線１１８を備えた片端子型のシースヒータ１１０の断面図を図１１（Ａ）に示す。図１１（Ｂ）は長軸に垂直な鎖線Ｇ１とＧ２に沿った断面を示す図である。
図９（Ａ）に示したシースヒータ１１０は、帯状のヒータ線１１８が金属シース１１５内で折りたたまれ、その両端が金属シース１１５の一端から取り出される点で、第１実施形態において示したシースヒータ１１０と異なる。
図９（Ａ）に例示されるシースヒータ１１０の断面形状は四角形であり、帯状のヒータ線１１８を与える。図１０（Ａ）に示すように、ヒータ線１１８は金属シース１１５内で捻じれ、一方の端部から折り返し部分と、他方の端部から折り返し部分は、それぞれ独立してらせん構造を形成してもよい。帯状のヒータ線１１８がらせん構造を有する場合、らせんのピッチＬ１は１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、または１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるよう、らせん構造が調整される。このようならせん構造を適用することにより、金属シース１１５の単位当たりのヒータ線１１８の長さが増大し、シースヒータ１１０の抵抗値を増大させることができる。さらに、ヒータ線１１８にばね性を付与することができるため、ヒータ線１１８の変形や熱膨張時の断線が抑制される。このため、例えば金属シース１１５とヒータ線１１８との熱膨張率の差が大きくても、信頼性が向上したシースヒータ１１０を提供することが可能となる。
図９（Ｂ）および図１０（Ｂ）に示すように、ヒータ線１１８の法線は、金属シース１１５が延伸する方向に対してほぼ垂直である。さらに、ヒータ線１１８の互いに対向する二つの部分において、ヒータ線１１８の面はほぼ平行である。また、らせん構造の巻方向を同一とし、そのピッチＬ１もほぼ同一とすることで、ヒータ線１１８の互いに対向する二つの部分の間の距離ｇ２を一定に維持することができ、その結果、ヒータ線１１８のショートを防ぐことができる。ただし、ヒータ線１１８の互いに対向する二つの部分において、らせんの巻方向またはピッチＬ１は互いに異なっていてもよい。
図１１（Ａ）に示すように、ヒータ線１１８の互いに対向する二つの部分は、二重らせん構造を有するよう、ヒータ線１１８を構成してもよい。この場合、ヒータ線１１８のらせん構造のピッチＬ２は１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、または１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるよう、ヒータ線１１８を構成することができる。
図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）、および図１１（Ｂ）を参照すると、ヒータ線１１８の幅ｄ１０は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲から選択でき、厚みｄ１１は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲から選択することができる。金属シース１１５の内径ｄ２は３．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲から、厚みｄ４は０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲から、外径ｄ３は３．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲から選択することができる。ヒータ線１１８と金属シース１１５との距離ｇ１は０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、または０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲から選択することができる。ヒータ線１１８の一方の端部から折り返し部分と、他方の端部から折り返し部分との距離ｇ２は０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、またはは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲から選択される。これにより、シースヒータ１１０を細く形成することができる。よって、シースヒータ１１０をステージ１００上に、高密度に配置することができる。したがって、基板の温度分布をさらに低減することができる。また、金属シース１１５とヒータ線１１８との絶縁を確保するとともに、ヒータ線１１８のショートを防ぐことができる。
シースヒータ１１０の長軸に垂直な断面の形状に制約はない。例えば、シースヒータ１１０の長軸に垂直な断面の形状は、図１（Ｂ）に示すように円形状でも良く、図示しないが多角形状または楕円形状でも良い。断面形状が円形の場合、変形に必要な力は曲げる方向に依存しないため、容易に任意の方向にシースヒータ１１０を曲げることができる。よって、図５乃至図８に示した第１の支持プレート１０２や第２の支持プレート１０４などに形成される溝にシースヒータ１１０を容易に配置することが可能となる。
６．第６実施形態
本実施形態では、上述したステージ１００、またはステージ１５０を備える成膜装置と膜加工装置について説明する。本実施形態ではステージ１００が備えられた成膜装置及び膜加工装置を例として説明する。第１実施形態乃至第５実施形態と同一、類似する構成に関しては説明を省略することがある。
６－１．エッチング装置
図１２には、膜加工装置の一つであるエッチング装置２００の断面図が示されている。エッチング装置２００は、種々の膜に対してドライエッチングを行うことができる。エッチング装置２００は、チャンバー２０２を有している。チャンバー２０２は、基板上に形成された導電体、絶縁体、または半導体などの膜に対してエッチングを行う空間を提供する。
チャンバー２０２には排気装置２０４が接続され、これにより、チャンバー２０２内を減圧雰囲気に設定することができる。チャンバー２０２にはさらに反応ガスを導入するための導入管２０６が設けられ、バルブ２０８を介してチャンバー内にエッチング用の反応ガスが導入される。反応ガスとしては、例えば四フッ化炭素（ＣＦ4）、オクタフルオロシクロブタン（ｃ－Ｃ4Ｆ8）、デカフルオロシクロペンタン（ｃ－Ｃ5Ｆ10）、ヘキサフルオロブタジエン（Ｃ4Ｆ6）などの含フッ素有機化合物が挙げられる。
チャンバー２０２上部には導波管２１０を介してマイクロ波源２１２を設けることができる。マイクロ波源２１２はマイクロ波を供給するためのアンテナなどを有しており、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波や、１３．５６ＭＨｚのラジオ波（ＲＦ）といった高周波数のマイクロ波を出力する。マイクロ波源２１２で発生したマイクロ波は導波管２１０によってチャンバー２０２の上部へ伝播し、石英やセラミックなどを含む窓２１４を介してチャンバー２０２内部へ導入される。マイクロ波によって反応ガスがプラズマ化し、プラズマに含まれる電子やイオン、ラジカルによって膜のエッチングが進行する。
チャンバー２０２下部には基板を設置するため、本発明の一実施形態に係るステージ１００が設けられる。基板はステージ１００上に設置される。ステージ１００には電源２２４が接続され、高周波電力がステージ１００に与えられ、マイクロ波による電界がステージ１００の表面、基板表面に対して垂直な方向に形成される。チャンバー２０２の上部や側面にはさらに磁石２１６、磁石２１８、及び磁石２２０を設けることができる。磁石２１６、磁石２１８、及び磁石２２０としては永久磁石でもよく、電磁コイルを有する電磁石でもよい。磁石２１６、磁石２１８、磁石２２０によってステージ１００、および基板表面に平行な磁界成分が作り出され、マイクロ波による電界との連携により、プラズマ中の電子はローレンツ力を受けて共鳴し、ステージ１００、および基板表面に束縛される。その結果、高い密度のプラズマを基板表面に発生させることができる。
ステージ１００にはさらに、ステージ１００に設けられるシースヒータ１１０を制御するヒータ電源２３０が接続される。ステージ１００にはさらに、任意の構成として、基板をステージ１００に固定するための静電チャック用の電源２２６や、ステージ１００内部に環流される媒体の温度制御を行う温度コントローラ２２８、ステージ１００を回転させるための回転制御装置（図示は省略）が接続されてもよい。
上述したように、エッチング装置２００には本発明の一実施形態に係るステージ１００が用いられる。このステージ１００を用いることで、基板を均一に加熱し、かつ、加熱温度を精密に制御することができる。したがって、エッチング装置２００により、基板上に設けられる種々の膜を均一にエッチングすることが可能となる。
６－２．ＣＶＤ装置
図１３は、成膜装置の一つであるＣＶＤ装置３００の断面図が示されている。ＣＶＤ装置３００はチャンバー３０２を有している。ＣＶＤ装置３００は、反応ガスを化学的に反応させ、種々の膜を基板上に化学的に形成する場を提供する。
チャンバー３０２には排気装置３０４が接続され、チャンバー３０２内の圧力を低減することができる。チャンバー３０２にはさらに反応ガスを導入するための導入管３０６が設けられ、バルブ３０８を介してチャンバー３０２内に成膜用の反応ガスが導入される。反応ガスとしては、作成する膜に依存して種々のガスを用いることができる。ガスは、常温で液体でもよい。例えばシランやジクロロシラン、テトラエトキシシランなどを用いることでシリコン、酸化ケイ素、または窒化ケイ素などの薄膜を形成することができる。またはフッ化タングステンやトリメチルアルミニウムなどを用いることで、タングステンやアルミニウムなどの金属薄膜を形成することができる。
エッチング装置２００と同様、チャンバー３０２上部には導波管３１０を介してマイクロ波源３１２を設けてもよい。マイクロ波源３１２で発生したマイクロ波は導波管３１０によってチャンバー３０２内部へ導入される。マイクロ波によって反応ガスがプラズマ化し、プラズマに含まれる種々の活性種によってガスの化学反応が促進され、化学反応によって得られる生成物が基板上に堆積し、薄膜が形成される。任意の構成として、プラズマの密度を増大させるための磁石３４４をチャンバー３０２内に設けることができる。チャンバー３０２下部には、第１実施形態で述べたステージ１００が設けられ、基板がステージ１００上に設置された状態で薄膜の堆積を行うことができる。エッチング装置２００と同様、チャンバー３０２の側面にはさらに磁石３１６、および磁石３１８を設けてもよい。
ステージ１００にはさらに、ステージ１００に設けられるシースヒータ１１０を制御するヒータ電源３３０が接続される。ステージ１００にはさらに、任意の構成として、高周波電力をステージ１００に供給するための電源３２４、静電チャック用の電源３２６、ステージ１００内部に環流される媒体の温度制御を行う温度コントローラ３２８、ステージ１００を回転させるための回転制御装置（図示は省略）などが接続されてもよい。
６－３．スパッタ装置
図１４は、成膜装置の一つであるスパッタ装置４００の断面図が示されている。スパッタ装置４００はチャンバー４０２を有する。スパッタ装置４００は、高速のイオンとターゲットの衝突、およびその際に発生するターゲット原子を基板上に堆積させるための場を提供する。
チャンバー４０２にはチャンバー４０２内を減圧にするための排気装置４０４が接続される。チャンバー４０２にはアルゴンなどのスパッタガスをチャンバー４０２へ導入するための導入管４０６、およびバルブ４０８が設けられる。
チャンバー４０２下部には、成膜する材料を含むターゲットを保持し、かつ陰極として機能するターゲットステージ４１０が設けられ、その上にターゲット４１２が設置される。ターゲットステージ４１０には高周波電源４１４が接続され、高周波電源４１４によってチャンバー４０２内にプラズマを発生することができる。
チャンバー４０２上部には、第１実施形態で述べたステージ１００を設けることができる。この場合、基板がステージ１００下に設置された状態で薄膜の形成が進行する。エッチング装置２００やＣＶＤ装置３００と同様、ステージ１００にはヒータ電源４３０が接続される。ステージ１００にはさらに、高周波電力をステージ１００に供給するための電源４２４、静電チャック用の電源４２６、温度コントローラ４２８、ステージ１００を回転させるための回転制御装置（図示せず）が接続されてもよい。
チャンバー４０２内で発生したプラズマによって加速されたアルゴンイオンは、ターゲット４１２に衝突し、ターゲット４１２の原子が弾き出される。弾き出された原子は、シャッター４１６が開放されている間、ステージ１００下に設置される基板へ飛翔し、堆積する。
本実施形態では、ステージ１００がチャンバー４０２の上部に、ターゲットステージ４１０がチャンバー４０２の下部に設置される構成が例示されるが、本実施形態はこの構成に限られず、ターゲット４１２がステージ１００の上に位置するようにスパッタ装置４００を構成してもよい。または、基板の主面が水平面に対して垂直に配置されるようにステージ１００を設置し、それに対向するようにターゲットステージ４１０を設けてもよい。
６－４．蒸着装置
図１５は、成膜装置の一つである蒸着装置５００の断面図が示されている。蒸着装置５００はチャンバー５０２を有する。蒸着装置５００は、蒸着源５１０における材料の蒸発、ならびに蒸発した材料を基板上へ堆積させるための空間が提供される。
チャンバー５０２にはチャンバー５０２内を高真空にするための排気装置５０４が接続される。チャンバー５０２にはチャンバー５０２を大気圧に戻すための導入管５０６が設けられ、バルブ５０８を介して窒素やアルゴンなどの不活性ガスがチャンバー５０２内に導入される。
チャンバー５０２上部には、ステージ１００を設けることができる。基板がステージ１００下に設置された状態で材料の堆積が進行する。エッチング装置２００、ＣＶＤ装置３００、スパッタ装置４００と同様、ステージ１００にはさらにヒータ電源５２８が接続される。ステージ１００にはさらに、任意の構成として、静電チャック用の電源５２４、温度コントローラ５２６、ステージ１００を回転させるための回転制御装置５３０が接続されてもよい。ステージ１００はさらに、基板と蒸着源５１０の間にメタルマスクを固定するためのマスクホルダ５１６を有してもよい。これにより、材料を堆積する領域にメタルマスクの開口部が重なるように、基板近傍にメタルマスクを配置することができる。
蒸着源５１０がチャンバーの下側に設けられ、蒸着する材料が蒸着源５１０に充填される。蒸着源５１０には材料を加熱するためのヒータが設けられており、ヒータは制御装置５１２によって制御される。排気装置５０４を用いてチャンバー５０２内を高真空にし、蒸着源５１０を加熱して材料を気化させることで蒸着が開始される。蒸着の速度が一定になった時にシャッター５１４を開放することで、基板上において材料の堆積が開始される。
上述したように、本実施形態のＣＶＤ装置３００、スパッタ装置４００、または蒸着装置５００などの成膜装置には、本発明の一実施形態に係るステージが用いられる。このステージを用いることで、基板を均一に加熱し、かつ、加熱温度を精密に制御することができる。したがって、これらの成膜装置を用いることで、特性が制御された種々の膜を基板上に均一に形成することが可能となる。
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。
１００：ステージ、１０２：第１の支持プレート、１０４：第２の支持プレート、１０４－３：上面、１０４－４：下面、１０６：第３の支持プレート、１０８：シャフト、１０９：領域、１１０：シースヒータ、１１０ａ：第１のシースヒータ、１１０ｂ：第２のシースヒータ、１１０ｃ：第３のシースヒータ、１１０ｄ：第４のシースヒータ、１１２：リード線、１１４：端子、１１５：金属シース、１１６：第１の絶縁体、１１８：ヒータ線、１２０：第１の溝、１２２：第１の絶縁部材、１２４：円筒部材、１２６：接続部材、１３０：貫通孔、１４０：第２の溝、１５０：ステージ、２００：エッチング装置、２０２：チャンバー、２０４：排気装置、２０６：導入管、２０８：バルブ、２１０：導波管、２１２：マイクロ波源、２１４：窓、２１６：磁石、２１８：磁石、２２０：磁石、２２４：電源、２２６：電源、２２８：温度コントローラ、２３０：ヒータ電源、３００：装置、３０２：チャンバー、３０４：排気装置、３０６：導入管、３０８：バルブ、３１０：導波管、３１２：マイクロ波源、３１６：磁石、３１８：磁石、３２４：電源、３２６：電源、３２８：温度コントローラ、３３０：ヒータ電源、３４４：磁石、４００：スパッタ装置、４０２：チャンバー、４０４：排気装置、４０６：導入管、４０８：バルブ、４１０：ターゲットステージ、４１２：ターゲット、４１４：高周波電源、４１６：シャッター、４２４：電源、４２６：電源、４２８：温度コントローラ、４３０：ヒータ電源、５００：蒸着装置、５０２：チャンバー、５０４：排気装置、５０６：導入管、５０８：バルブ、５１０：蒸着源、５１２：制御装置、５１４：シャッター、５１６：マスクホルダ、５２４：電源、５２６：温度コントローラ、５２８：ヒータ電源、５３０：回転制御装置

Claims (17)

  1. 折りたたまれた１つの部材から構成されるヒータ線、
    前記ヒータ線に設けられた第１の絶縁体、
    前記第１の絶縁体に接するように設けられた金属シース、
    前記金属シースの第１の端部から取り出された前記ヒータ線の一方に平行に配置された第１の絶縁部材、
    前記第１の絶縁部材に平行に配置され、前記金属シースの第１の端部から取り出された前記ヒータ線の他方に平行に配置された第２の絶縁部材、
    前記第１の絶縁部材および前記第２の絶縁部材に平行に配置され、かつ、前記第１の絶縁部材および前記第２の絶縁部材を束ねるように設けられた第３の絶縁部材、
    前記金属シースおよび前記第３の絶縁部材の少なくとも一部に平行に配置される円筒部材、および、
    前記円筒部材及び前記第３の絶縁部材との間に配置され、前記円筒部材の内壁及び前記第３の絶縁部材に接する第２の絶縁体、を有し、
    前記円筒部材の内側において、前記ヒータ線の一方は前記第１の絶縁部材で覆われ、前記ヒータ線の他方は前記第２の絶縁部材で覆われる、ヒータ。
  2. 前記円筒部材は所定の厚みを有し、かつ、円筒状の一つの部材から構成される、請求項１に記載のヒータ。
  3. 前記円筒部材の内径は、前記金属シースの外径と略同一である、請求項１に記載のヒータ。
  4. 前記第１の絶縁部材、前記第２の絶縁部材および前記第３の絶縁部材は、前記円筒部材に対して、前記金属シースが設けられている方向とは反対の方向に突出している、請求項１に記載のヒータ。
  5. 前記金属シースの一部は円筒状であって、
    前記金属シースの円筒軸方向に沿って、前記第１の絶縁体と、前記第１の絶縁部材、前記第２の絶縁部材及び前記第３の絶縁部材と、の間に配置され、第１の貫通孔と第２の貫通孔とを有する絶縁管を有する、
    請求項１に記載のヒータ。
  6. 前記ヒータ線の一方の端部および前記ヒータ線の他方の端部は、前記第１の絶縁部材、前記第２の絶縁部材および前記第３の絶縁部材が突出している方向に対して、前記第１の絶縁部材、前記第２の絶縁部材および前記第３の絶縁部材よりもさらに突出している、請求項４に記載のヒータ。
  7. 前記ヒータは、さらに一対のリード線を有し、前記一対のリード線は前記ヒータ線の一方の端部と前記ヒータ線の他方の端部とに接続される、請求項６に記載のヒータ。
  8. 前記ヒータ線の一方は前記第１の貫通孔に挿通され、前記ヒータ線の他方は前記第２の貫通孔に挿通される、請求項５に記載のヒータ。
  9. 前記第１の貫通孔と、前記第２の貫通孔と、前記ヒータ線の一方の少なくとも一部と、前記ヒータ線の他方の少なくとも一部とは平行に配置される、請求項５に記載のヒータ。
  10. 前記第１の絶縁部材、前記第２の絶縁部材および前記第３の絶縁部材のそれぞれは、前記絶縁管と接している、請求項５に記載のヒータ。
  11. 前記ヒータ線は帯状である、請求項１に記載のヒータ。
  12. 前記ヒータ線はらせん構造を有する、請求項１に記載のヒータ。
  13. 前記ヒータ線は、二重らせん構造を有する、請求項１に記載のヒータ。
  14. 前記金属シースはアルミニウムを含む、請求項１に記載のヒータ。
  15. 前記金属シースの外径は３．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下である、請求項１に記載のヒータ。
  16. 前記円筒部材はアルミニウムを含む、請求項１に記載のヒータ。
  17. 前記円筒部材の外径は４．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下である、請求項１に記載のヒータ。
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